Измерительный усилитель с регулируемым коэффициентом усиления

 

Использование: радиотехника, различные устройства. Сущность изобретения: измерительный усилитель с регулируемым коэффициентом усиления содержит операционные усилители (ОУ) 1,2,3,11, резисторы 4,5,6,8,9,10,12,13,14,15 и элемент с управляемым сопротивлением 7. В устройстве обеспечивается регулировка коэффициента усиления одним элементом с регулируемым сопротивлением без уменьшения коэффициента ослабления синфазного сигнала. 1 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в различных устройствах.

Целью изобретения является повышение стабильности коэффициента ослабления синфазного сигнала при регулировке коэффициента усиления.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема измерительного усилителя с регулируемым коэффициентом усиления.

Он содержит первый, второй и третий операционные усилители (ОУ) 1, 2 и 3, первый, второй и третий резисторы 4, 5 и 6, элемент с управляемым сопротивлением 7, четвертый, пятый и шестой резисторы 8, 9 и 10, четвертый ОУ 11, седьмой, восьмой, девятый и десятый резисторы 12-15.

Устройство работает следующим образом.

Обозначим величину сопротивления каждого резистора R_i, где i - порядковый номер резистора согласно чертежу. Относительная погрешность сопротивления резисторов .

Поступающие на дифференциальные входы измерительного усилителя сигналы U₁ и U₂ усиливаются усилителями ОУ 1, 2 и 3 по принципу суперпозиции. В выходном напряжении ОУ 1 и 2 присутствует в виде составляющей каждый усиленный сигнал.

Получены следующие формулы для выходных напряжений U₃ и U₄соответственно первого и второго ОУ.

U₃= (U₁-U₂) + U1- (1) и U₄= (U₂-U₁) + + U₂-U₁ (2) Из приведенных формул (1) и (2) следует, что для уменьшения коэффициентов усиления синфазных сигналов необходимо выполнить условие = = 1 (3) При выполнении условия (3) погрешность выходных напряжений U₃ и U₄, вызванная синфазным входным напряжением, будет определяться отклонением сопротивлений резисторов R₄, R₅, R₁₂, R₁₃, R₁₄, R₅ от номинального значения и в самом неблагоприятном случае не превышает 4 U₁. Здесь 4 - максимально возможный коэффициент усиления синфазного сигнала.

Примем = и = = N Такое соотношение сопротивлений резисторов определяет максимальный уровень входного синфазного напряжения U_{син max} 1 - U_{вых max} где U_{син max} - максимальное входное синфазное напряжение; U_{вых max} - максимальное выходное напряжение четвертого ОУ.

Выходной каскад на третьем ОУ суммирует выходное напряжение первого и второго ОУ 1 и 2.

Выходное напряжение U₅ будет иметь вид U₅= U + -U или
U₅= U₄ - U
Для упрощения рассмотрения примем номинальную величину сопротивления каждого резистора 6, 10, 12, 13, 15 равной R, резисторов 8 и 9 - 2R, резисторов 4, 5, 14 - NR, элемента 7 - r.

С учетом формул (1) и (2) получим
U₅= (U₂-U₁) + +
(6)
Из формул (6), (1) и (2) видно, что регулировка коэффициента усиления входного дифференциального сигнала осуществляется элементом с регулируемым сопротивлением 7.

Коэффициент же ослабления синфазного сигнала не зависит от величины сопротивления элемента 7.

Отношение
= = выбрано не случайно, такое отношение позволяет уменьшить коэффициент усиления синфазного сигнала К_с измерительного усилителя в два раза. Его максимальная величина не превышает 2 .

Формула изобретения

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ С РЕГУЛИРУЕМЫМ КОЭФФИЦИЕНТОМ УСИЛЕНИЯ, содержащий первый, второй и третий операционные усилители, между выходом и инвертирующим входом каждого из которых включены соответственно первый, второй и третий резисторы, элемент с управляемым сопротивлением, включенный между инвертирующими входами первого и второго операционных усилителей, четвертый резистор, включенный между выходом первого и инвертирующим входом третьего операционных усилителей, пятый резистор, включенный между выходом второго и неинвертирующим входом третьего операционных усилителей, шестой резистор, включенный между неинвертирующим входом третьего операционного усилителя и общей шиной, а также элемент с отрицательным сопротивлением, выполненный на четвертом операционном усилителе, между выходом и неинвертирующим входом которого включен седьмой резистор, между выходом и инвертирующим входом включен восьмой резистор, а между инвертирующим входом и общей шиной включен девятый резистор, при этом неинвертирующие входы первого и второго операционных усилителей являются дифференциальными входами измерительного усилителя, а выход третьего операционного усилителя - его выходом, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности коэффициента ослабления синфазного сигнала при регулировке коэффициента усиления, в него введен десятый резистор, включенный между выходом четвертого и инвертирующим входом второго операционных усилителей, а неинвертирующий вход четвертого операционного усилителя подключен к инвертирующему входу первого операционного усилителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1